超机动飞行的非线性反推自适应控制

为解决对象参数未知时的超机动飞行控制问题,设计了一种非线性反推自适应控制器。针对超机动飞行的非线性模型,适当选取Lyapunov函数和中间虚拟控制信号,同时通过自适应控制律的设计来调节未知参数并得到了最终的控制信号。仿真结果表明,即使模型参数未知,所设计的控制律也能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,同时保证了闭环系统的稳定性。     

一种针对结构损伤的非线性容错飞行控制方法

飞机结构损伤会引起气动参数变化,进而影响系统的静稳定性和控制精度。针对具有多输入的非线性飞机模型,利用带有二阶命令滤波器的自适应反步控制方法在线估计飞机气动参数,补偿结构损伤导致的气动参数变化对控制系统的影响,以实现容错飞行控制功能;引入的命令滤波器可以避免反步控制中复杂的求导运算。从理论上分析证明了带有二阶命令滤波器的自适应反步控制的闭环系统稳定性,并给出了控制跟踪误差的理论上界和二阶命令滤波器频率参数选取的下界。通过一个大型客机垂直尾翼脱落场景的仿真实验,验证了所提容错控制方法的有效性。     

带有执行器约束条件的模糊自适应反步控制

针对高超声速飞行器在飞行控制过程中存在外界干扰以及考虑执行器的动态特性等问题,结合飞行器纵向模型的特点,考虑舵的动态特性,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于指令滤波器采用Backstepping控制方法的高度控制器。模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性。运用Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性,证明了包含跟踪误差在内的所有信号满足半全局一致稳定。最后通过仿真对控制器的控制效果进行验证,得到了较为满意的控制效果。     

考虑预设性能约束的运输机姿态容错控制

针对运输机舵面故障情况下的姿态容错控制问题,提出了一种考虑预设性能约束的自适应指令滤波增量反步(Adaptive Command-filtered Incremental Backstepping,ACFIBS)容错控制器。首先,构造运输机故障模型,在反步控制设计结构下,通过构造预设性能函数,保证外回路姿态角跟踪误差的动态性能。然后,考虑舵机偏转速率和幅值限制,引入受限指令滤波器和补偿信号,综合考虑气动参数不确定性,采用增量方法设计反步内环控制律。在此基础上,进一步考虑舵面故障情况,引入自适应方法及低通滤波器改进增量反步控制器。最后,通过理论推导和仿真试验验证了控制方法的有效性。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的容错性能,在不同舵面故障条件下均可实现对指令信号的预设性能跟踪,且在参数摄动情况下具有较强的鲁棒性。     

飞机推出和跑道掉头滑行行为计算方法

针对飞机推出和跑道掉头两种地面滑行特殊行为的位置和姿态计算问题进行了研究。从机场塔台管制运行模拟仿真的角度出发,提出了非完整运动学约束下飞机推出滑行和跑道掉头运动计算方法。依据飞机推出实际和非完整运动路径跟踪模型,设计出适合仿真推演计算的飞机推出运动求解方法。根据飞机跑道掉头的几何约束和转弯角运动约束,设计出开环控制下完整刻画飞机运动的求解方法。与动力学求解模型相比,该方法具有计算简便,适合于视景仿真驱动的优点,并通过数学仿真验证了方法的有效性。     

Inflight path planning replacing pure collision avoidance, usingADS-B

This paper proposes a method of collision avoidance planning using automatic dependent surveillance-broadcast (ADS-B) and dynamic programming (DP). It in essence allows air traffic control (ATC) within the cockpit for remote or uncontrolled airspace and is a step toward Free Flight. This paper reviews the approach to collision avoidance in the aircraft industry and to similar problems in other industries. DP is one solution method used in other industries for the problem of path planning to avoid collisions with fixed obstacles. The solution proposed here for the aircraft case uses DP applied to the moving obstacle case. The problem is first simplified by assuming fixed obstacles for the cost minimisation algorithms. These fixed obstacles are then moved with time and the minimisation process is started again. Although this method works well in most cases, situations can be constructed where this method fails, allowing a collision. A modified approach is proposed, where the movement of obstacles is included more explicitly in the cost minimisation algorithm. This modification allows solutions which are complete and ensures safe maneuvres and should be considered as an aid to the Traffic alert and Collision Avoidance System (TCAS)     

高超声速飞行器自适应反步控制器设计

针对含有不确定干扰项的吸气式高超声速飞行器模型,分别设计了基于反馈线性化的速度控制器和基于反步法的航迹控制器,以实现对速度和航迹角参考信号的稳定跟踪。通过指令滤波器得到俯仰角的实际跟踪指令及其一阶、二阶微分信号,可直接设计升降舵控制指令,在解决了虚拟控制量求导"复杂性爆炸"问题的同时,减少了反推计算步数,从而达到提高系统动态性能和优化控制器结构的目的。基于LaSalle不变集原理和Lyapunov理论设计的自适应更新律保证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器在飞行器存在不确定干扰的情况下仍能满足对参考信号跟踪性能的要求。     

一类非线性系统的神经网络自适应控制

针对一类单输入单输出不确定非仿射型非线性系统,基于多层神经网络提出了一种直接自适应控制方法。该设计方法首先应用多层神经网络自适应模拟逼近逆解中的未知部分,然后应用逆设计和自适应反演设计出虚拟控制量,最后应用反馈线性化设计方法和神经网络设计了直接自适应控制律。并利用Lyapunov稳定性定理推导了神经网络的参数调节律,保证了闭环系统的所有信号均最终一致有界。     

四轮起落架飞机地面滑跑转弯分析

现代飞机对其地面滑跑性能的要求日益提高,同时要求能够在条件更加苛刻的环境下运行.以四点式起落架布局飞机为研究对象,基于阿克曼转向几何原理,推导该飞机地面滑跑时两个前轮之间的转角关系.在Adams/Aircraft中建立四点式起落架飞机虚拟样机,并进行其地面滑跑仿真分析.探讨四点式起落架飞机不同前轮作为主动操纵轮时,对转弯半径的影响.结果表明:在相同滑跑条件下,当前轮操纵转弯时,四点式起落架飞机比常规的前三点式起落架飞机拥有更小的转弯半径;当主轮差动刹车转弯时,四点式起落架飞机的转弯半径略大于三点式起落架飞机;四点式起落架飞机的两前轮同时为主动操纵轮时,飞机的转弯半径最小.     

Flight trajectory optimization of sun-tracking solar aircraft under the constraint of mission region

The optimal yawing angle of sun-tracking solar aircraft is tightly related to the solar azimuth angle, which results in a large arc flight path to dynamically track the sun position. However, the limited detection range of payload usually requires solar aircraft to loiter over areas of interest for persistent surveillance missions. The large arc sun-tracking flight may cause the target area on the ground to be outside the maximum coverage area of payload. The present study therefore develops an optimal flight control approach for planning the flight path of sun-tracking solar aircraft within a mission region. The proposed method enables sun-tracking solar aircraft to maintain the optimal yawing angle most of the time during daylight flight, except when the aircraft reverses its direction by turning flight. For a circular region with a mission radius of 50 km, the optimal flight trajectory and controls of an example Λ-shaped sun-tracking solar aircraft are investigated theoretically. Results demonstrate the effectiveness of the proposed approach to optimize the flight path of the sun-tracking aircraft under the given circular region while maximizing the battery input power. Furthermore, the effects of varying the mission radius on energy performance are explored numerically. It has been proved that both net energy and energy balance remain nearly constant as the radius constraint varies, which enables the solar aircraft to achieve perpetual flight at almost the same latitude as the large arc flight. The method and results presented in this paper can provide reference for the persistent operation of sun-tracking solar aircraft within specific mission areas.     

保持飞行迎角恒定的飞行/推力综合控制

迎角恒定的飞行 /推力综合控制能明显地改善飞机机动能力 ,使飞行轨迹对姿态有快速精确响应。论述了具有迎角恒定动力补偿系统的工作原理 ,研究其控制规律及设计方法 ,并与速度恒定的动力补偿系统进行比较。以舰载飞机自动进近着舰系统的动力补偿为例 ,给出了仿真验证的结果。     

基于RBF神经网络的机器人鲁棒自适应控制器设计

在考虑机器人系统中存在的模型不确定性的情况下,提出了一种基于RBF神经网络和反演技术的鲁棒自适应控制器的设计方法。首先,通过状态变换将机器人的模型转换为适用于反演技术的形式;然后,利用反演技术设计了鲁棒自适应控制器,用两个RBF神经网络分别对模型的不确定性进行了处理,并用Lyapunov稳定性理论推导出RBF神经网络的权重矩阵调节律以及相关的鲁棒项,证明了系统的全局稳定性;最后,进行了相应的仿真研究,验证了设计的正确性和有效性。     

考虑杆臂效应与挠曲变形的全自动着舰技术

联合精确进近和着陆系统（JPALS）舰载组件旨在为最终进近阶段的舰载机提供自动着舰能力。针对由于舰船杆臂效应与挠曲变形的存在导致舰载机着舰定位精度下降的问题,开发了一种基于卫星引导的全自动着舰非线性化参数误差模型,结合舰船甲板运动及舰载机纵向飞行控制模型,评估舰船结构挠曲和姿态不确定性对着舰落点精度的影响。结果表明,杆臂效应与挠曲变形对着舰落点精度有显著影响,利用建立的误差模型以及飞行控制模型,能够将着舰落点精度有效控制在着舰标准之内。     

大型民用运输机噪声航迹及其仿真研究

噪声是民机型号适航合格取证的一项重要指标,噪声航迹是噪声合格审定的重要环节。本文讨论大型客机噪声合格审定基准噪声航迹及其计算。首先明确当前噪声航迹的定义,接着提出一种满足当前适航条例的民用运输机噪声航迹计算模型,最后给出算例分析,并指出未来研究的方向。     

Polynomial networks based adaptive attitude tracking control for NSVs with input constraints and stochastic noises

This paper proposes a backstepping technique and Multi-dimensional Taylor Polynomial Networks (MTPN) based adaptive attitude tracking control strategy for Near Space Vehicles (NSVs) subjected to input constraints and stochastic input noises. Firstly, considering the control input has stochastic noises, and the attitude motion dynamical model of the NSVs is actually modeled as the Multi-Input Multi-Output (MIMO) stochastic nonlinear system form. Furthermore, the MTPN is used to estimate the unknown system uncertainties, and an auxiliary system is designed to compensate the influence of the saturation control input. Then, by using backstepping method and the output of the auxiliary system, a MTPN-based robust adaptive attitude control approach is proposed for the NSVs with saturation input nonlinearity, stochastic input noises, and system uncertainties. Stochastic Lyapunov stability theory is utilized to analysis the stability in the sense of probability of the entire closed-loop system. Additionally, by selecting appropriate parameters, the tracking errors will converge to a small neighborhood with a tunable radius. Finally, the numerical simulation results of the NSVs attitude motion show the satisfactory flight control performance under the proposed tracking control strategy.     

无人机航路规划的研究

无人机的航路规划要求满足威胁回避和可飞性。采用分层的思想，基于Voronoi图产生初始航路，利用三次样条插值法平滑航路点产生无人机可飞航路，同时利用飞行过程中的信息来更新航路进行重规划。仿真结果表明了算法的有效性。     

有输入未建模动态和不确定性导弹控制器设计

在考虑导弹控制系统同时存在输入未建模动态和参数不确定性的情况下,提出了一种基于RBF神经网络和反演技术的鲁棒自适应控制器的设计方法。首先用两个RBF神经网络对未建模动态进行了补偿,然后利用反演技术设计了鲁棒自适应控制器,对不确定性进行了处理,并用Lyapunov稳定性理论推导出RBF神经网络的权重矩阵调节率以及相关的自适应律,证明了系统的全局稳定性,最后通过仿真计算验证了设计的正确性。     

基于低可探测性的参考航迹规划

根据分层规划思想,确定参考航迹是进行航迹规划时首先要解决的问题。在充分考虑雷达探测的各种环境因素及飞行器RCS方位分布特性的基础上,将雷达对目标发现概率作为参考航迹的一个重要评价指标,基于自适应进化算法,采用新的遗传算子,最终生成综合考虑雷达威胁和飞行距离的参考航迹。结果表明,该航迹规划模型能根据对低可探测性和航程的不...     

基于自适应滑模观测器的航空发动机故障诊断

为解决现有航空发动机基于模型的在线故障诊断方法存在对模型精度要求高等的问题,利用滑模方法设计一种自适应滑模观测器对航空发动机进行在线故障重构、诊断与隔离。对传感器故障和执行机构故障分别设计了重构算法,针对两者重构故障的特点提出了判断逻辑,讨论了设计参数对于观测效果与抖振的影响。 Matlab/Simulink仿真结果显示,重构的故障与实际故障基本吻合,对故障的诊断、隔离、定位具有良好效果,并对环境不确定性具有优良的鲁棒性。     

四旋翼飞行器建模、控制与仿真

四旋翼飞行器在平面结构上具有4个平均分布且呈十字对称的推进器。建立了机体坐标系和惯性坐标系,根据飞行器的动力学特性建立该飞行器的数学模型;利用滑模控制的方法对所建立的模型进行研究;在满足李雅普诺夫稳定条件下,利用反演控制方法推导出控制滑模面,并建立滑模控制律;最后,在给定参数值的情况下,通过所建立的控制律对该飞行器的滑模控制进行了仿真。